Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-26T13:34:31Z No. of bitstreams: 1 2016_AlbertoMagnoMunizSoares.pdf: 2637603 bytes, checksum: 014fcec35129d64f57837bd31cb0b8b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2017-03-03T16:45:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AlbertoMagnoMunizSoares.pdf: 2637603 bytes, checksum: 014fcec35129d64f57837bd31cb0b8b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-03T16:45:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AlbertoMagnoMunizSoares.pdf: 2637603 bytes, checksum: 014fcec35129d64f57837bd31cb0b8b2 (MD5) / Este trabalho tem o objetivo de apresentar uma técnica de análise de objetos em memória no ambiente de execução ART (Android Run-Time) a partir de uma extração de dados da memória volátil. Um estudo do código fonte AOSP (Android Open Source Project) foi feito para entendimento do ambiente de execução utilizado no sistema operacional Android moderno, e foram elaboradas ferramentas de software que permitem a localização, extração e interpretação de dados úteis para o contexto forense. Construídas como extensões para o framework Volatility, essas ferramentas possibilitam localizar, em uma extração de memória de um dispositivo com arquitetura ARM, instâncias de classes arbitrárias e suas propriedades de dados. / The work in this thesis aims at describe a technique for analyzing objects in memory within the execution environment ART (Android Run-Time) from a volatile memory data extraction. A study of the AOSP (Android Open Source Project) source code was necessary to understand the runtime environment used in the modern Android operating system, and software tools were developed allowing the location, extraction and interpretation of useful data for the forensic context. Built as extensions for the Volatility Framework, these tools enable to locate, in a memory extraction from a device with ARM architecture, arbitrary instances of classes and their data properties.

Neste trabalho foi analisado o comportamento de um transistor UTBOX FD SOI MOSFET (Ultra-Thin-Buried-Oxide Fully-Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) planar do tipo N, em sua aplicação como uma célula de memória 1T-DRAM, dando ênfase no estudo das polarizações e propostas de melhorias de desempenho para viabilizar sua aplicação como uma célula de memória. Dessa forma, foram analisados os efeitos das diferentes polarizações (de porta, de dreno e de substrato), bem como a influência da concentração de uma região de extensão de fonte e dreno menos dopada (LDD Lightly Doped Drain), nos principais parâmetros da referida memória. Assim, foram analisados alguns parâmetros da memória tais como tensão de disparo no dreno, margem de sensibilidade, janela de leitura e tempo de retenção, além dos mecanismos atuantes em cada estado da memória (escrita, leitura e repouso). Por fim, foram propostas algumas melhorias de desempenho para o tempo de retenção. Foi observado que o aumento da temperatura facilita a escrita na memória diminuindo a mínima tensão no dreno (até 72% para temperatura de 25 a 300°C, ficando limitada a 0,8V) e o tempo necessários para a escrita (até 95%), porém reduz a margem de sensibilidade (até 90%) e o tempo de retenção (até 2 ordens de grandeza). Verificou-se também que, apesar da menor espessura do filme de silício e do óxido enterrado aumentar a tensão no dreno necessária para ativar o efeito BJT (efeito bipolar parasitário), um potencial positivo no substrato pode reduzir este requisito (61% para tensão de substrato variando de 0 V até 1,5 V). Além disso, foi visto que pode haver uma geração ou uma recombinação de portadores, dependendo da tensão na porta durante o repouso, degradando o bit \'0\' ou \'1\'. Já a otimização da polarização de substrato demonstrou ser limitada pelo compromisso de ser alta o suficiente para ativar o efeito de corpo flutuante durante a escrita, sem prejudicar a leitura do \'0\'. Os resultados também demonstraram que a margem de sensibilidade é menos dependente da tensão do substrato que o tempo de retenção, levando a este último parâmetro ser considerado mais crítico. Com relação à leitura, maiores tensões no dreno resultaram na presença do efeito BJT também neste estado, aumentando a margem de sensibilidade (60%) e diminuindo o tempo de retenção (66%) e o número de leituras possíveis sem atualização do dado (de mais de 30 para 22 leituras). No tópico da concentração das extensões de fonte e dreno, os dispositivos sem extensão de fonte e dreno apresentaram uma taxa de geração de lacunas menor (aproximadamente 12 ordens de grandeza), levando a um tempo de retenção muito maior (aproximadamente 3 ordens de grandeza) quando comparado ao dispositivo referência. Em seu estudo no escalamento, verificou-se uma diminuição no tempo de retenção para canais mais curtos (quase 2 ordens de grandeza), demonstrando ser um fator limitante para as futuras gerações das memórias 1T-DRAM. Apesar disso, quando comparados com os dispositivos convencionais com extensão de fonte e dreno (com extensão), seu tempo de retenção aumentou (quase 1 ordem de grandeza), permitindo a utilização de menores comprimentos de canal (30nm contra 50nm do dispositivo com extensão) e polarizações de substrato menores. Outra proposta de melhoria no tempo de retenção apresentada foi a utilização da polarização de substrato pulsada apenas durante a escrita do nível \'1\', o que resultou no aumento do tempo de retenção em 17%. Finalmente, estudou-se também a variação da banda proibida motivado pela utilização de novos materiais para o filme semicondutor. Observou-se que o aumento da banda proibida aumentou o tempo de retenção em até 5 ordens de grandeza, possibilitando retenções mais próximas das DRAMs convencionais atuais. / In this work, it was analyzed the behavior of a planar UTBOX FD SOI NMOSFET (Ultra-Thin-Buried-Oxide Fully-Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor), as a 1T-DRAM (Single Transistor Dynamic Random Access Memory) cell, focusing on the best biases and other proposals for enabling the 1T-DRAM applications. Therefore, it was analyzed the effects of different biases (gate, drain and substrate), as well as the influence of the concentration of a less doped source/drain extension region on the main parameters of this kind of memory. Thus, it was analyzed some of the main memory parameters such as the trigger drain voltage, the sense margin, the read window and the retention time, as well as the mechanisms operating in each state of the memory (writing, reading and holding). Finally, it were proposed some performance enhancements for the retention time of this kind of memory. It was observed that the increase in temperature facilitates the memory write decreasing the minimum drain bias and time required for writing, but reduces the sense margin. It was also verified that, despite the thinner silicon film and buried oxide increase the drain voltage required to activate the BJT effect (parasitic bipolar effect), a positive potential on the substrate may reduce this requirement (61% for back gate bias varying from 0 to 1,5V), being an alternative for solving the problem and allowing the use of smaller devices as a memory cell. Furthermore, it was seen that there can be a carriers generation or recombination, depending on the gate voltage during the holding state, degrading the bit \'0\' or \'1\'. Moreover, the optimization of substrate bias proved to be limited by enabling the writing state, without degrading the reading of \'0\'. The results also demonstrated the sense margin is less dependent on the substrate voltage than the retention time, therefore, the retention time was considered as a more critical parameter. With respect to the reading state, there was the presence of BJT effect also in this state, increasing the margin of sensitivity (60%) and reducing the retention time (66%) and the number of possible readings without updating the data (over 30 for 22 readings) in cases of higher drain bias. On the topic of the concentration of the source and drain extensions, the devices with source and drain extensions presented a generation rate lower (about 12 orders of magnitude), resulting in a retention time far longer than the reference one (about 3 orders of magnitude). About its downscaling, the retention time decreased for shorter channel lengths (almost 2 orders of magnitude), which is a limiting factor for 1T-DRAM future generations. Nevertheless, when it was compared to the conventional devices with source and drain extensions, theirs retention time increased (almost 1 order of magnitude), allowing the use of shorter channel lengths (30nm against 50nm of reference device) and lower back gate biases. Another proposal presented to improve the retention time was the pulsed back gate only during the writing \'1\' state, which resulted in an increase on the retention time by 17%. Finally, we also studied the band gap influence motivated by the use of new materials for the semiconductor film. It was observed that higher band gaps increase the retention time by up to 5 orders of magnitude, allowing a retention time closer to the current conventional DRAMs.

Neste trabalho foi analisado o comportamento de um transistor UTBOX (Ultra Thin Buried Oxide) FD SOI MOSFET (Fully Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) planar do tipo n, operando como uma célula de memória 1T-FBRAM (single transistor floating body random access memory). A memória em questão trata-se de uma evolução das memórias 1T1C-DRAM convencionais formada, porém, de apenas um transistor, sendo o próprio transistor o responsável pelo armazenamento da informação por meio do efeito de corpo flutuante. Assim, foram realizadas simulações numéricas bidimensionais, obtendo-se curvas dinâmicas e, a partir destas, foi possível extrair e analisar alguns dos principais parâmetros da memória tais como tensão de disparo no dreno, margem de sensibilidade, janela de leitura e tempo de retenção, além dos mecanismos atuantes em cada estado da memória (escrita, leitura e repouso). Foram estudadas as polarizações da célula de memória. Dentre as possíveis maneiras de programação do dado 1 desta tecnologia foram abordadas neste trabalho a programação pelos métodos GIDL (Gate Induced Drain Leakage) e BJT (Bipolar Junction Transistor). Pelo método de escrita por GIDL foi possível operar a célula de memória em alta velocidade sem dissipar potência expressiva. Mostrou-se que esse método é bastante promissor para a tecnologia low-power high-speed. E ainda, obteve-se maior estabilidade na operação de leitura quando esta é polarizada no ponto ZTC (Zero Temperature-Coefficient) devido ao nível de corrente do dado 0 ficar estável mesmo com a variação da temperatura. Pelo método de escrita por BJT, estudou-se a influência das espessuras do filme de silício e também do óxido enterrado, notou-se uma forte dependência da tensão mínima de dreno para a programação do dado 1 em função destas espessuras e também em função da temperatura. Conforme a espessura do filme de silício torna-se mais fina, a tensão de disparo aplicada ao dreno aumenta devido ao maior acoplamento. Porém, observou-se que o nível da tensão de disparo do dreno pode ser modulada através da tensão aplicada ao substrato, tornando possível operar a célula em uma tensão de disparo menor aumentando a vida útil do dispositivo. Quanto à temperatura, com o seu aumento observou-se que a tensão mínima de dreno necessária para disparar a escrita do dado 1 diminuiu favorecendo a programação da célula. Porém o tempo de retenção é prejudicado (torna-se menor) por causa do aumento da corrente de fuga na junção PN. Na análise sobre o impacto que a primeira e a segunda porta causam na margem de sensibilidade de corrente e no tempo de retenção, verificou-se que dependendo da tensão aplicada à porta durante a condição de armazenamento do dado, o tempo de retenção pode ser limitado ou pela geração ou pela recombinação dos portadores (lacunas). Notou-se que há um compromisso entre a obtenção da melhor margem de sensibilidade de corrente e o melhor tempo de retenção. Como o tempo retenção é um parâmetro mais crítico, mais atenção foi dada para a otimização deste. Concluiu-se nesta análise que a melhor polarização para reter o dado por mais tempo é a primeira interface estar em modo acumulação e a segunda em modo depleção. No estudo da polarização de dreno durante a operação de leitura, observou-se que quando aplicado alta tensão de dreno é obtido alta margem de sensibilidade, porém ao mesmo tempo esta polarização prejudica o dado 0 devido ao alto nível de geração de lacunas induzidas pela ionização por impacto, o qual diminui o tempo de retenção e destrói o dado 0 quando operações de múltiplas leituras são realizadas. Já para baixo nível de tensão de dreno durante a leitura notou-se que é possível realizar múltiplas operações de leitura sem perder o dado armazenado e também maior tempo de retenção foi obtido. / In this study was analyzed the behavior of one transistor called UTBOX (Ultra Thin Buried Oxide) FD SOI MOSFET (Fully Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) working as a 1T-FBRAM (Single Transistor Floating Body Random Access Memory). This memory device is an evolution from conventional memories 1T1C-DRAM, however formed by only one transistor, the device itself is responsible for the storage of the information through the floating body effect. Thus two dimensional simulations were performed, where were obtained dynamic curves, and from these curves it was possible to extract and analyze some of the main parameters, such as, trigger drain voltage, sense margin current, read window, and the retention time, beyond the mechanisms in each state of memory (write, read and hold). Among the possible ways to program the data 1 in this technology were used the methods GIDL (Gate Induced Drain Leakage) and BJT (Bipolar Junction Transistor). By the GIDL method it was possible to operate the memory cell at high speed without spending significant power, showing that this method is very promising for low-power high-speed. Furthermore, greater stability was obtained in read operation when it is biased at point ZTC (zero-Temperature Coefficient) due to the current level of datum \'0\' remain stable even with temperature variation. By the BJT method, it was studied the influence of the silicon film thickness and the buried oxide thickness, and it was noted a strong dependence on minimum drain voltage for programming the data \'1\' as a function of both thicknesses. As the thickness of the silicon film becomes thinner, the trigger drain voltage increases due to stronger coupling. However, it was observed that the level of the trigger drain voltage can be modulated by the substrate bias in this way it is possible to operate the cell with lower voltage avoiding the damage and increasing the lifetime of the device. About the temperature, with its increase it was observed that the minimum drain voltage required to trigger the writing datum \'1\' decreased favoring the programming the cell. However the retention time is harmed (becomes smaller) due to the increment of leakage current in the PN junction. Analyzing the impact of the first and second gate on sense margin current and retention time, it was verified that depending on the voltage applied to the gate during the hold condition, the retention time may be limited by the generation or recombination of the carriers (holes). It was noted that there is a compromise between obtaining the best sense margin current and the best retention time. Since the retention is the most critical parameter, more attention should be given in order to obtain the optimization of this latter. It is concluded in this analysis that the best bias to retain the datum for longer time is the first interface being in accumulation mode and the second in depletion mode. In the study of biasing the drain during the read operation, it has been observed that the use of high drain voltage provides high sense margin, but at the same time, this polarization affect the data \'0\' due to high level of holes generation induced by impact ionization, which shortens the retention time and destroys the data \'0\' in multiple read operations. However, for low drain voltage during read operations it was possible to perform multiple read operations without losing the stored data and also higher retention time was obtained.

Neste trabalho foi analisado o comportamento de um transistor UTBOX FD SOI MOSFET (Ultra-Thin-Buried-Oxide Fully-Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) planar do tipo N, em sua aplicação como uma célula de memória 1T-DRAM, dando ênfase no estudo das polarizações e propostas de melhorias de desempenho para viabilizar sua aplicação como uma célula de memória. Dessa forma, foram analisados os efeitos das diferentes polarizações (de porta, de dreno e de substrato), bem como a influência da concentração de uma região de extensão de fonte e dreno menos dopada (LDD Lightly Doped Drain), nos principais parâmetros da referida memória. Assim, foram analisados alguns parâmetros da memória tais como tensão de disparo no dreno, margem de sensibilidade, janela de leitura e tempo de retenção, além dos mecanismos atuantes em cada estado da memória (escrita, leitura e repouso). Por fim, foram propostas algumas melhorias de desempenho para o tempo de retenção. Foi observado que o aumento da temperatura facilita a escrita na memória diminuindo a mínima tensão no dreno (até 72% para temperatura de 25 a 300°C, ficando limitada a 0,8V) e o tempo necessários para a escrita (até 95%), porém reduz a margem de sensibilidade (até 90%) e o tempo de retenção (até 2 ordens de grandeza). Verificou-se também que, apesar da menor espessura do filme de silício e do óxido enterrado aumentar a tensão no dreno necessária para ativar o efeito BJT (efeito bipolar parasitário), um potencial positivo no substrato pode reduzir este requisito (61% para tensão de substrato variando de 0 V até 1,5 V). Além disso, foi visto que pode haver uma geração ou uma recombinação de portadores, dependendo da tensão na porta durante o repouso, degradando o bit \'0\' ou \'1\'. Já a otimização da polarização de substrato demonstrou ser limitada pelo compromisso de ser alta o suficiente para ativar o efeito de corpo flutuante durante a escrita, sem prejudicar a leitura do \'0\'. Os resultados também demonstraram que a margem de sensibilidade é menos dependente da tensão do substrato que o tempo de retenção, levando a este último parâmetro ser considerado mais crítico. Com relação à leitura, maiores tensões no dreno resultaram na presença do efeito BJT também neste estado, aumentando a margem de sensibilidade (60%) e diminuindo o tempo de retenção (66%) e o número de leituras possíveis sem atualização do dado (de mais de 30 para 22 leituras). No tópico da concentração das extensões de fonte e dreno, os dispositivos sem extensão de fonte e dreno apresentaram uma taxa de geração de lacunas menor (aproximadamente 12 ordens de grandeza), levando a um tempo de retenção muito maior (aproximadamente 3 ordens de grandeza) quando comparado ao dispositivo referência. Em seu estudo no escalamento, verificou-se uma diminuição no tempo de retenção para canais mais curtos (quase 2 ordens de grandeza), demonstrando ser um fator limitante para as futuras gerações das memórias 1T-DRAM. Apesar disso, quando comparados com os dispositivos convencionais com extensão de fonte e dreno (com extensão), seu tempo de retenção aumentou (quase 1 ordem de grandeza), permitindo a utilização de menores comprimentos de canal (30nm contra 50nm do dispositivo com extensão) e polarizações de substrato menores. Outra proposta de melhoria no tempo de retenção apresentada foi a utilização da polarização de substrato pulsada apenas durante a escrita do nível \'1\', o que resultou no aumento do tempo de retenção em 17%. Finalmente, estudou-se também a variação da banda proibida motivado pela utilização de novos materiais para o filme semicondutor. Observou-se que o aumento da banda proibida aumentou o tempo de retenção em até 5 ordens de grandeza, possibilitando retenções mais próximas das DRAMs convencionais atuais. / In this work, it was analyzed the behavior of a planar UTBOX FD SOI NMOSFET (Ultra-Thin-Buried-Oxide Fully-Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor), as a 1T-DRAM (Single Transistor Dynamic Random Access Memory) cell, focusing on the best biases and other proposals for enabling the 1T-DRAM applications. Therefore, it was analyzed the effects of different biases (gate, drain and substrate), as well as the influence of the concentration of a less doped source/drain extension region on the main parameters of this kind of memory. Thus, it was analyzed some of the main memory parameters such as the trigger drain voltage, the sense margin, the read window and the retention time, as well as the mechanisms operating in each state of the memory (writing, reading and holding). Finally, it were proposed some performance enhancements for the retention time of this kind of memory. It was observed that the increase in temperature facilitates the memory write decreasing the minimum drain bias and time required for writing, but reduces the sense margin. It was also verified that, despite the thinner silicon film and buried oxide increase the drain voltage required to activate the BJT effect (parasitic bipolar effect), a positive potential on the substrate may reduce this requirement (61% for back gate bias varying from 0 to 1,5V), being an alternative for solving the problem and allowing the use of smaller devices as a memory cell. Furthermore, it was seen that there can be a carriers generation or recombination, depending on the gate voltage during the holding state, degrading the bit \'0\' or \'1\'. Moreover, the optimization of substrate bias proved to be limited by enabling the writing state, without degrading the reading of \'0\'. The results also demonstrated the sense margin is less dependent on the substrate voltage than the retention time, therefore, the retention time was considered as a more critical parameter. With respect to the reading state, there was the presence of BJT effect also in this state, increasing the margin of sensitivity (60%) and reducing the retention time (66%) and the number of possible readings without updating the data (over 30 for 22 readings) in cases of higher drain bias. On the topic of the concentration of the source and drain extensions, the devices with source and drain extensions presented a generation rate lower (about 12 orders of magnitude), resulting in a retention time far longer than the reference one (about 3 orders of magnitude). About its downscaling, the retention time decreased for shorter channel lengths (almost 2 orders of magnitude), which is a limiting factor for 1T-DRAM future generations. Nevertheless, when it was compared to the conventional devices with source and drain extensions, theirs retention time increased (almost 1 order of magnitude), allowing the use of shorter channel lengths (30nm against 50nm of reference device) and lower back gate biases. Another proposal presented to improve the retention time was the pulsed back gate only during the writing \'1\' state, which resulted in an increase on the retention time by 17%. Finally, we also studied the band gap influence motivated by the use of new materials for the semiconductor film. It was observed that higher band gaps increase the retention time by up to 5 orders of magnitude, allowing a retention time closer to the current conventional DRAMs.

Neste trabalho foi analisado o comportamento de um transistor UTBOX (Ultra Thin Buried Oxide) FD SOI MOSFET (Fully Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) planar do tipo n, operando como uma célula de memória 1T-FBRAM (single transistor floating body random access memory). A memória em questão trata-se de uma evolução das memórias 1T1C-DRAM convencionais formada, porém, de apenas um transistor, sendo o próprio transistor o responsável pelo armazenamento da informação por meio do efeito de corpo flutuante. Assim, foram realizadas simulações numéricas bidimensionais, obtendo-se curvas dinâmicas e, a partir destas, foi possível extrair e analisar alguns dos principais parâmetros da memória tais como tensão de disparo no dreno, margem de sensibilidade, janela de leitura e tempo de retenção, além dos mecanismos atuantes em cada estado da memória (escrita, leitura e repouso). Foram estudadas as polarizações da célula de memória. Dentre as possíveis maneiras de programação do dado 1 desta tecnologia foram abordadas neste trabalho a programação pelos métodos GIDL (Gate Induced Drain Leakage) e BJT (Bipolar Junction Transistor). Pelo método de escrita por GIDL foi possível operar a célula de memória em alta velocidade sem dissipar potência expressiva. Mostrou-se que esse método é bastante promissor para a tecnologia low-power high-speed. E ainda, obteve-se maior estabilidade na operação de leitura quando esta é polarizada no ponto ZTC (Zero Temperature-Coefficient) devido ao nível de corrente do dado 0 ficar estável mesmo com a variação da temperatura. Pelo método de escrita por BJT, estudou-se a influência das espessuras do filme de silício e também do óxido enterrado, notou-se uma forte dependência da tensão mínima de dreno para a programação do dado 1 em função destas espessuras e também em função da temperatura. Conforme a espessura do filme de silício torna-se mais fina, a tensão de disparo aplicada ao dreno aumenta devido ao maior acoplamento. Porém, observou-se que o nível da tensão de disparo do dreno pode ser modulada através da tensão aplicada ao substrato, tornando possível operar a célula em uma tensão de disparo menor aumentando a vida útil do dispositivo. Quanto à temperatura, com o seu aumento observou-se que a tensão mínima de dreno necessária para disparar a escrita do dado 1 diminuiu favorecendo a programação da célula. Porém o tempo de retenção é prejudicado (torna-se menor) por causa do aumento da corrente de fuga na junção PN. Na análise sobre o impacto que a primeira e a segunda porta causam na margem de sensibilidade de corrente e no tempo de retenção, verificou-se que dependendo da tensão aplicada à porta durante a condição de armazenamento do dado, o tempo de retenção pode ser limitado ou pela geração ou pela recombinação dos portadores (lacunas). Notou-se que há um compromisso entre a obtenção da melhor margem de sensibilidade de corrente e o melhor tempo de retenção. Como o tempo retenção é um parâmetro mais crítico, mais atenção foi dada para a otimização deste. Concluiu-se nesta análise que a melhor polarização para reter o dado por mais tempo é a primeira interface estar em modo acumulação e a segunda em modo depleção. No estudo da polarização de dreno durante a operação de leitura, observou-se que quando aplicado alta tensão de dreno é obtido alta margem de sensibilidade, porém ao mesmo tempo esta polarização prejudica o dado 0 devido ao alto nível de geração de lacunas induzidas pela ionização por impacto, o qual diminui o tempo de retenção e destrói o dado 0 quando operações de múltiplas leituras são realizadas. Já para baixo nível de tensão de dreno durante a leitura notou-se que é possível realizar múltiplas operações de leitura sem perder o dado armazenado e também maior tempo de retenção foi obtido. / In this study was analyzed the behavior of one transistor called UTBOX (Ultra Thin Buried Oxide) FD SOI MOSFET (Fully Depleted Silicon-on-Insulator Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) working as a 1T-FBRAM (Single Transistor Floating Body Random Access Memory). This memory device is an evolution from conventional memories 1T1C-DRAM, however formed by only one transistor, the device itself is responsible for the storage of the information through the floating body effect. Thus two dimensional simulations were performed, where were obtained dynamic curves, and from these curves it was possible to extract and analyze some of the main parameters, such as, trigger drain voltage, sense margin current, read window, and the retention time, beyond the mechanisms in each state of memory (write, read and hold). Among the possible ways to program the data 1 in this technology were used the methods GIDL (Gate Induced Drain Leakage) and BJT (Bipolar Junction Transistor). By the GIDL method it was possible to operate the memory cell at high speed without spending significant power, showing that this method is very promising for low-power high-speed. Furthermore, greater stability was obtained in read operation when it is biased at point ZTC (zero-Temperature Coefficient) due to the current level of datum \'0\' remain stable even with temperature variation. By the BJT method, it was studied the influence of the silicon film thickness and the buried oxide thickness, and it was noted a strong dependence on minimum drain voltage for programming the data \'1\' as a function of both thicknesses. As the thickness of the silicon film becomes thinner, the trigger drain voltage increases due to stronger coupling. However, it was observed that the level of the trigger drain voltage can be modulated by the substrate bias in this way it is possible to operate the cell with lower voltage avoiding the damage and increasing the lifetime of the device. About the temperature, with its increase it was observed that the minimum drain voltage required to trigger the writing datum \'1\' decreased favoring the programming the cell. However the retention time is harmed (becomes smaller) due to the increment of leakage current in the PN junction. Analyzing the impact of the first and second gate on sense margin current and retention time, it was verified that depending on the voltage applied to the gate during the hold condition, the retention time may be limited by the generation or recombination of the carriers (holes). It was noted that there is a compromise between obtaining the best sense margin current and the best retention time. Since the retention is the most critical parameter, more attention should be given in order to obtain the optimization of this latter. It is concluded in this analysis that the best bias to retain the datum for longer time is the first interface being in accumulation mode and the second in depletion mode. In the study of biasing the drain during the read operation, it has been observed that the use of high drain voltage provides high sense margin, but at the same time, this polarization affect the data \'0\' due to high level of holes generation induced by impact ionization, which shortens the retention time and destroys the data \'0\' in multiple read operations. However, for low drain voltage during read operations it was possible to perform multiple read operations without losing the stored data and also higher retention time was obtained.

Este documento apresenta o Lyra, um novo esquema de derivação de chaves, baseado em esponjas criptográficas. O Lyra foi projetado para ser estritamente sequencial, fornecendo um nível elevado de segurança mesmo contra atacantes que utilizem múltiplos núcleos de processamento, como uma GPU ou FPGA. Ao mesmo tempo possui uma implementação simples em software e permite ao usuário legítimo ajustar o uso de memória e tempo de processamento de acordo com o nível de segurança desejado. O Lyra é, então, comparado ao scrypt, mostrando que esta proposta fornece um nível se segurança mais alto, além de superar suas deficiências. Caso o atacante deseje realizar um ataque utilizando pouca memória, o tempo de processamento do Lyra cresce exponencialmente, enquanto no scrypt este crescimento é apenas quadrático. Além disto, para o mesmo tempo de processamento, o Lyra permite uma utilização maior de memória, quando comparado ao scrypt, aumentando o custo de ataques de força bruta. / This document presents Lyra, a password-based key derivation scheme based on cryptographic sponges. Lyra was designed to be strictly sequential, providing strong security even against attackers that use multiple processing cores, such as FPGAs or GPUs. At the same time, it is very simple to implement in software and allows legitimate users to tune its memory and processing costs according to the desired level of security. We compare Lyra with scrypt, showing how this proposal provides a higher security level and overcomes limitations of scrypt. If the attacker wishes to perform a low-memory attack against the algorithm, the processing cost grwos expontetialy, while in scrypt, this growth is only quadratic. In addition, for an identical processing time, Lyra allows for a higher memory usage than its counterparts, further increasing the cost of brute force attacks.

Este documento apresenta o Lyra, um novo esquema de derivação de chaves, baseado em esponjas criptográficas. O Lyra foi projetado para ser estritamente sequencial, fornecendo um nível elevado de segurança mesmo contra atacantes que utilizem múltiplos núcleos de processamento, como uma GPU ou FPGA. Ao mesmo tempo possui uma implementação simples em software e permite ao usuário legítimo ajustar o uso de memória e tempo de processamento de acordo com o nível de segurança desejado. O Lyra é, então, comparado ao scrypt, mostrando que esta proposta fornece um nível se segurança mais alto, além de superar suas deficiências. Caso o atacante deseje realizar um ataque utilizando pouca memória, o tempo de processamento do Lyra cresce exponencialmente, enquanto no scrypt este crescimento é apenas quadrático. Além disto, para o mesmo tempo de processamento, o Lyra permite uma utilização maior de memória, quando comparado ao scrypt, aumentando o custo de ataques de força bruta. / This document presents Lyra, a password-based key derivation scheme based on cryptographic sponges. Lyra was designed to be strictly sequential, providing strong security even against attackers that use multiple processing cores, such as FPGAs or GPUs. At the same time, it is very simple to implement in software and allows legitimate users to tune its memory and processing costs according to the desired level of security. We compare Lyra with scrypt, showing how this proposal provides a higher security level and overcomes limitations of scrypt. If the attacker wishes to perform a low-memory attack against the algorithm, the processing cost grwos expontetialy, while in scrypt, this growth is only quadratic. In addition, for an identical processing time, Lyra allows for a higher memory usage than its counterparts, further increasing the cost of brute force attacks.

O objetivo principal deste trabalho é o estudo de transistores UTBOX SOI não auto-alinhados operando como célula de memória de apenas um transistor aproveitando-se do efeito de corpo flutuante (1T-FBRAM single Transistor Floating Body Random Access Memory). A caracterização elétrica dos dispositivos se deu a partir de medidas experimentais estáticas e dinâmicas e ainda, simulações numéricas bidimensionais foram implementadas para confirmar os resultados obtidos. Diferentes métodos de escrita e leitura do dado 1 que também são chamados de métodos de programação do dado 1 são encontrados na literatura, mas com intuito de se melhorar os parâmetros dinâmicos das memórias como o tempo de retenção e a margem de sensibilidade e ainda, permitir um maior escalamento dos dispositivos totalmente depletados, o método de programação utilizado neste trabalho será o BJT (Bipolar Junction Transistor). Uma das maiores preocupações para a aplicação de células 1T-DRAMs nas gerações tecnológicas futuras é o tempo de retenção que diminui juntamente com a redução do comprimento de canal do transistor. Com o intuito de solucionar este problema ou ao menos retardá-lo, é apresentando pela primeira vez um estudo sobre a dependência do tempo de retenção e da margem de sensibilidade em função do comprimento de canal, onde se observou que esses parâmetros dinâmicos podem ser otimizados através da polarização do substrato e mantidos constantes para comprimentos de canal maiores que 50 no caso dos dispositivos não auto-alinhados e 80 nos dispositivos de referência. Entretanto, observou-se também que existe um comprimento de canal mínimo que é dependente do tipo de junção (30 no caso dos dispositivos não auto-alinhados e 50 nos dispositivos de referência) de modo que para comprimentos de canal abaixo desses valores críticos não há mais espaço para otimização dos parâmetros, degradando assim o desempenho da célula de memória. O mecanismo de degradação dos parâmetros dinâmicos de memória foi identificado e atribuído à amplificação da corrente de GIDL (Gate Induced Drain Leakage) pelo transistor bipolar parasitário de base estreita durante a leitura e o tempo de repouso do dado 0. A presença desse efeito foi confirmada através de simulações numéricas bidimensionais dos transistores quando uma alta taxa de geração de portadores surgiu bem próxima das junções de fonte e dreno somente quando o modelo de tunelamento banda-a-banda (bbt.kane) foi considerado. Comparando o comportamento dos dispositivos não auto-alinhados com os dispositivos de referência tanto nos principais parâmetros elétricos (tensão de limiar, inclinação de sublimiar, ganho intrínseco de tensão) como em aplicações de memória (tempo de retenção, margem de sensibilidade, janela de leitura), constatou-se que a estrutura não auto-alinhada apresenta melhor desempenho, uma vez que alcança maior velocidade de chaveamento devido a menor inclinação de sublimiar; menor influência das linhas de campo elétrico nas cargas do canal, menor variação da tensão de limiar, até mesmo com a variação da temperatura. Além disso, constatou-se que os dispositivos não auto-alinhados são mais escaláveis do que os dispositivos de referência, pois são menos susceptíveis à corrente de GIDL, apresentando menor campo elétrico e taxa de geração próximos das junções de fonte e dreno que os dispositivos de referência, alcançando então um tempo de retenção de aproximadamente 6 e margem de sensibilidade de aproximadamente 71 A/m. Segundo as especificações da International Technology Roadmap for Semicondutor de 2011, o valor do tempo de retenção para as memórias DRAM convencionais existentes no mercado de semicondutores é de aproximadamente 64. Com o intuito de aumentar o tempo de retenção das 1T-DRAMs a valores próximos à 64 recomenda-se então o uso da tecnologia não auto-alinhada e também a substituição do silício por materiais com maior banda proibida (band-gap), como exemplo o arseneto de gálio e o silício-carbono, dificultando assim o tunelamento dos elétrons e, consequentemente, diminuindo o GIDL. / The main topic of this work is the study of extensionless UTBOX SOI transistors, also called underlapped devices, applied as a single transistor floating body RAM (1T-FBRAM single transistor floating body access memory). The electrical characterization of the devices was performed through static and dynamic experimental data and two dimensional simulations were implemented to confirm the obtained results. In the literature, different methods to write and read the data 1 can be found but in order to improve the dynamic parameters of the memories, as retention time and sense margin and still allows the scaling of fully depleted devices, the BJT (Bipolar Junction Transistor) method is used in this work. One of the biggest issues to meet the specifications for future generations of 1T-DRAM cells is the retention time that scales together with the channel length. In order to overcome this issue or at least slow it down, in this work, we present for the first time, a study about the retention time and sense margin dependence of the channel length where it was possible to observe that these dynamic parameters can be optimized through the back gate bias and kept constant for channel lengths higher than 50 nm for extensionless devices and 80 nm for standard ones. However, it was also observed that there is a minimal channel length which depends of the source/drain junctions, i.e. 30 nm for extensionless and 50 nm for standard devices in the sense that for shorter channel lengths than these ones, there is no room for optimization degrading the performance of the memory cell. The mechanism behind the dynamic parameters degradation was identified and attributed to the GIDL current amplification by the lateral bipolar transistor with narrow base. Simulations confirmed this effect where higher generation rates near the junctions were presented only when the band-toband- tunneling adjustment was considered (bbt.kane model). Comparing the performance of standard and extensionless devices in both digital and analog electrical parameters and also in memory applications, it was found that extensionless devices present better performance since they reach faster switching which means lower subthreshold slope; less influence of the electrical field in the channel charges; less variation of the threshold voltage even increasing the temperature. Furthermore, it was seen that the gate length can be further scaled using underlap junctions since these devices are less susceptible to the GIDL current, presenting less electric field and generation rate near the source/drain junctions and reach a retention time of around 4 ms and sense margin of 71A/m. According to the International Technology Roadmap for Semiconductor of 2011, the retention time for the existing DRAM is around 64 ms. In order to increase the retention time of the 1T-DRAMs to values close to 64 ms it is recommended the use of extensionless devices and also the substitution of silicon by materials with higher band gap, i.e., gallium arsenide and siliconcarbon, which makes difficult the electron tunneling therefore, decreasing the GIDL.

O objetivo principal deste trabalho é o estudo de transistores UTBOX SOI não auto-alinhados operando como célula de memória de apenas um transistor aproveitando-se do efeito de corpo flutuante (1T-FBRAM single Transistor Floating Body Random Access Memory). A caracterização elétrica dos dispositivos se deu a partir de medidas experimentais estáticas e dinâmicas e ainda, simulações numéricas bidimensionais foram implementadas para confirmar os resultados obtidos. Diferentes métodos de escrita e leitura do dado 1 que também são chamados de métodos de programação do dado 1 são encontrados na literatura, mas com intuito de se melhorar os parâmetros dinâmicos das memórias como o tempo de retenção e a margem de sensibilidade e ainda, permitir um maior escalamento dos dispositivos totalmente depletados, o método de programação utilizado neste trabalho será o BJT (Bipolar Junction Transistor). Uma das maiores preocupações para a aplicação de células 1T-DRAMs nas gerações tecnológicas futuras é o tempo de retenção que diminui juntamente com a redução do comprimento de canal do transistor. Com o intuito de solucionar este problema ou ao menos retardá-lo, é apresentando pela primeira vez um estudo sobre a dependência do tempo de retenção e da margem de sensibilidade em função do comprimento de canal, onde se observou que esses parâmetros dinâmicos podem ser otimizados através da polarização do substrato e mantidos constantes para comprimentos de canal maiores que 50 no caso dos dispositivos não auto-alinhados e 80 nos dispositivos de referência. Entretanto, observou-se também que existe um comprimento de canal mínimo que é dependente do tipo de junção (30 no caso dos dispositivos não auto-alinhados e 50 nos dispositivos de referência) de modo que para comprimentos de canal abaixo desses valores críticos não há mais espaço para otimização dos parâmetros, degradando assim o desempenho da célula de memória. O mecanismo de degradação dos parâmetros dinâmicos de memória foi identificado e atribuído à amplificação da corrente de GIDL (Gate Induced Drain Leakage) pelo transistor bipolar parasitário de base estreita durante a leitura e o tempo de repouso do dado 0. A presença desse efeito foi confirmada através de simulações numéricas bidimensionais dos transistores quando uma alta taxa de geração de portadores surgiu bem próxima das junções de fonte e dreno somente quando o modelo de tunelamento banda-a-banda (bbt.kane) foi considerado. Comparando o comportamento dos dispositivos não auto-alinhados com os dispositivos de referência tanto nos principais parâmetros elétricos (tensão de limiar, inclinação de sublimiar, ganho intrínseco de tensão) como em aplicações de memória (tempo de retenção, margem de sensibilidade, janela de leitura), constatou-se que a estrutura não auto-alinhada apresenta melhor desempenho, uma vez que alcança maior velocidade de chaveamento devido a menor inclinação de sublimiar; menor influência das linhas de campo elétrico nas cargas do canal, menor variação da tensão de limiar, até mesmo com a variação da temperatura. Além disso, constatou-se que os dispositivos não auto-alinhados são mais escaláveis do que os dispositivos de referência, pois são menos susceptíveis à corrente de GIDL, apresentando menor campo elétrico e taxa de geração próximos das junções de fonte e dreno que os dispositivos de referência, alcançando então um tempo de retenção de aproximadamente 6 e margem de sensibilidade de aproximadamente 71 A/m. Segundo as especificações da International Technology Roadmap for Semicondutor de 2011, o valor do tempo de retenção para as memórias DRAM convencionais existentes no mercado de semicondutores é de aproximadamente 64. Com o intuito de aumentar o tempo de retenção das 1T-DRAMs a valores próximos à 64 recomenda-se então o uso da tecnologia não auto-alinhada e também a substituição do silício por materiais com maior banda proibida (band-gap), como exemplo o arseneto de gálio e o silício-carbono, dificultando assim o tunelamento dos elétrons e, consequentemente, diminuindo o GIDL. / The main topic of this work is the study of extensionless UTBOX SOI transistors, also called underlapped devices, applied as a single transistor floating body RAM (1T-FBRAM single transistor floating body access memory). The electrical characterization of the devices was performed through static and dynamic experimental data and two dimensional simulations were implemented to confirm the obtained results. In the literature, different methods to write and read the data 1 can be found but in order to improve the dynamic parameters of the memories, as retention time and sense margin and still allows the scaling of fully depleted devices, the BJT (Bipolar Junction Transistor) method is used in this work. One of the biggest issues to meet the specifications for future generations of 1T-DRAM cells is the retention time that scales together with the channel length. In order to overcome this issue or at least slow it down, in this work, we present for the first time, a study about the retention time and sense margin dependence of the channel length where it was possible to observe that these dynamic parameters can be optimized through the back gate bias and kept constant for channel lengths higher than 50 nm for extensionless devices and 80 nm for standard ones. However, it was also observed that there is a minimal channel length which depends of the source/drain junctions, i.e. 30 nm for extensionless and 50 nm for standard devices in the sense that for shorter channel lengths than these ones, there is no room for optimization degrading the performance of the memory cell. The mechanism behind the dynamic parameters degradation was identified and attributed to the GIDL current amplification by the lateral bipolar transistor with narrow base. Simulations confirmed this effect where higher generation rates near the junctions were presented only when the band-toband- tunneling adjustment was considered (bbt.kane model). Comparing the performance of standard and extensionless devices in both digital and analog electrical parameters and also in memory applications, it was found that extensionless devices present better performance since they reach faster switching which means lower subthreshold slope; less influence of the electrical field in the channel charges; less variation of the threshold voltage even increasing the temperature. Furthermore, it was seen that the gate length can be further scaled using underlap junctions since these devices are less susceptible to the GIDL current, presenting less electric field and generation rate near the source/drain junctions and reach a retention time of around 4 ms and sense margin of 71A/m. According to the International Technology Roadmap for Semiconductor of 2011, the retention time for the existing DRAM is around 64 ms. In order to increase the retention time of the 1T-DRAMs to values close to 64 ms it is recommended the use of extensionless devices and also the substitution of silicon by materials with higher band gap, i.e., gallium arsenide and siliconcarbon, which makes difficult the electron tunneling therefore, decreasing the GIDL.